专利名称：等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体处理装置。
背景技术：
传统上，其中使用微波的等离子体处理装置已经用于例如膜形成 处理和/或进行刻蚀处理。此外，背景技术建议在使用微波的等离子体处理装置中，称为喷淋板(shower plate)的气休供应板水平设置在处 理容器中以便将等离子体生成空间的上部和处理空间的下部分开(曰 木专利No.3384795)。根据背景技术，多个用于将处理气体供应至处理空间中的气体供 应孔和多个用于将等离子体生成空间与处理空间连通的开口形成在喷 淋板中。根据具有该喷淋板的等离子体处理装置，可降低对基板的损 伤并以高处理效率执行优选的等离子体处理。例如，当使用上述装置执行等离子体CVD处理吋，优选地将喷淋 板自身的温度控制为恒定，以防止反应产物粘附在喷淋板上。然而，在等离子体处理过程中，喷淋板的温度，特别是在中央区 域的温度由于生成等离子体而产生的热而升高。换句话说，喷淋板整 个平面中温度分布变得不均匀。无需多说，喷淋板自身的材料可以是传热速率高的金属，例如铝。 然而，用于将等离子体生成空间和处理空间连通的多个开口形成在喷 淋板中。开口形成为用于让由等离子体生成的活性物质通过，且喷淋 板的横截面积被设计成尽可能小。因此，从喷淋板的中央区域到喷淋 板的外周区域的热阻大，且难于使喷淋板的平面内温度均匀和将喷淋 板保持在预期温度。当喷淋板的平面内温度不均匀或没有保持在预期温度时，热应力 增加，且引起喷淋板的变形和/或扭曲。结果，喷淋板自身需要频繁更 换，并且取决于具体情况，甚至妨碍了等离子体处理的一致性。发明内容本发明是基于前述问题产生的，以便有效地解决这些问题。本发 明的目的是提供等离子体处理装置，其能够将气体供应板(喷淋板) 保持在所需温度，能够改善气体供应板的平面内温度的均匀性，并因 此能够抑制气体供应板的变形和/或扭曲的发生。本发明是等离子体处理装置，包括处理容器，具有其中使处 理气体成为等离子体的等离子体生成空间，和其中放置基板且对基板 进行等离子体处理的处理空间；气体供应板(所谓的喷淋板)，其被设 置在处理容器中以将处理容器中的等离子体生成空间和处理空间分 开；处理气体供应孔，其被设置在气体供应板屮，用于将处理气体供 应至处理容器中；多个开口，其被设置在气体供应板中，用于将等离 子体生成空间与处理空间连通；和传热元件，其从气体供应板的中央 区域(以拉伸方式)延仲到气体供应板的外周区域，传热元件的传热 速率高于形成气体供应板的材料的传热速率。根据本发明，因为其传热速率高于形成气体供应板的材料的传热速率高的传热元件从气体供应板的h央区域延伸(横跨)到外周区域，与传统装置比较，气体供应板中央区域和外周区域之问的热传递被显 著改善。结果，气体供应板的温度可被保持在所需温度，且气体供应 板的平面内温度分布的均匀性也被改善。因此，可防止在处理过程中 气体供应板的变形和扭曲的出现。优选地，传热元件被设置在气体供应板内。此外，优选当气体供应板的面对基板的区域具有纵向条和横向条 的栅格时，传热元件(的至少一部分)设置在纵向条或横向条内。在 这种情况下，优选气体供应板中的处理气体通道(的一部分)也设置 在纵向条或橫向条内。此外，气体供应板通常设置有另外的气体供应孔，用于将等离子 体生成气体(用于等离子体激励的气体)供应至等离子体生成空间。 这里，如上所述，当气体供应板的面对基板的区域具有纵向条和横向 条的栅格时，优选气体供应板中的等离子体生成气体通道(的一部分) 也设置在纵向条和横向条中。而且，优选处理气体通道和等离子体生成气体通道以重叠方式布 置，如沿所述气体供应板的纵向所见。在这种情况下，尽管形成了两 个通道，将等离子体生成空间与处理空间连通的多个开口的区域不受 影响。而且，优选传热元件的至少一部分设置在处理气体通道和等离 子体生成气体通道之间。此外，优选设置用于与气体供应板外周区域的热交换元件进行热 交换的加热介质的通道。在这种情况下，容易基于流过加热介质通道 的加热介质将整个气体供应板的温度保持在所需温度，且容易控制整 个气体供应板温度的均匀性。例如，热管可当作传热元件的实例。
图1是示意性3卫直剖面图，示出根据本发明一个实施例的等离子体处理装置的构造；图2是平而图，示出图1中示出的等离子体处理装置的喷淋板；图3是纵向剖面图，其示出图2中所示喷淋板的横向条图4是平面图，用于说明图2中所示喷淋板的纵向条和纵向条的配置；图5是沿图3中线A-A截取的横剖而图板的平面内温度分布的^图； ' — U— ' 4图7是传统喷淋板的温度随时间变化的视图；和 图8是根据本实施例的喷淋板的温度随吋间变化的视图。
具体实施方式
下面说明本发明优选实施例。图1是示意性垂直剖面图，示出了 根据本发明的一个实施例的等离子体处理装置的构造。等离子体处理 装置1设置有圆筒形处理容器2，其具有底部和敞开的上部。处理容器 2由例如铝制成并接地。在处理容器2的底部，基座3被设置作为载置 台，以便将作为基板的例如半导体晶片(将被称为晶片)放置在其上。 基座3由例如铝制成。通过从外部电源4供应电而产生热的加热器5被设置在基座3内。因此，放置在基座3上的晶片W可被加热到预定 温度。在处理容器2的底部设置有用于通过气体排放单元11 (如真空泵 等)排放处理容器2内的空气的气体排放管12。由例如是电介质的石英元件制成的透射窗22通过密封材料21 (如 O形圈)设置在处理容器2的上开口，用于确保气密性。关于根据本 实施例的透射窗22，其平面形式是圆形。其他电介质材料，例如陶瓷 (如"203)， A1N等可被用于代替石英元件。平面天线元件，例如盘状径向线缝隙天线23被设置在透射窗22 的上表面上。径向线缝隙天线23由具有导电性的材料组成，例如是镀 有或涂覆有Ag， Au等的薄铜盘。多个狭缝(slit) 24形成在径向线缝 隙天线23中，以便以例如螺旋方式或同心圆方式对齐。用于縮短微波波长的迟波板25 (下文中说明)设置在径向线缝隙 天线23的上表面上。迟波板25被具有导电性的盖26覆盖。用于加热 介质的圆形环状通道27被设置在盖26中。通过在该通道27内流动的 加热介质，盖26和透射窗22可保持在预定温度。另外，在透射窗22 外周附近的处理容器2的侧壁中，形成用于加热介质的另一个圆形环 状通道28。同轴波导管29连接到盖26。同轴波导管29由内导体29a和外管 29b组成。内导体29a连接到径向线缝隙天线23。径向线缝隙天线23 的侧部的内导体29a的端部具有锥形，因此可将微波有效地传送至径 向线缝隙天线23。在微波供应单元31中产生的例如2.45 GHz的微波经矩形波导管 32、模式变换器33、同轴波导管29、迟波板25和径向线缝隙天线23 而发射到透射窗22。这时通过微波能量，在透射窗22的下表面上形成 电场，且在等离子体生成空间P中的气体被转变成等离子体。作为气体供应板的喷淋板41被水平地布置在处理容器2中。通过 该结构，加工容器2的内部被分成作为等离子体生成空间P的上部和 作为加工空间S的下部。如图2所示，喷淋板41基本上为盘状，且与设置在基座3上的晶 片W面对的区域具有这样的形状多个纵向条42和多个横向条43被设置成与栅格类似。圆形环元件44设置在其外侧。这些元件的每个的 材料都是铝。另外，通过纵向条42和横向条43形成多个四边形开口 45。每个开口45将等离子体生成空间P与处理空间S连通。如图3所示，用于等离子体激励的气体流经的气体通道51形成在 等离子体生成空间P的侧部上每个纵向条42和每个横向条43内。如 图l所示，该气体通道51经气体供应管52，球泡(bulb) 53，质量流 量控制器54和阀门55连接到用于等离子体激励气体的气体供应源56。 此外，如图3所示，多个气体供应孔57形成在等离子体生成空间P的 侧部上的纵向条42和横向条43中，以便供应用于等离子休激励的气 体，该气体流经气体通道51，并均匀地流进等离子体生成空间P。另一方面，如图3所示，处理气体流经的处理气体通道61形成在 处理空间S的侧部的每个纵向条42和每个横向条43内。如图1所示， 该处理气体通道61经处理气体供应管62，球泡63,质量流量控制器 64，和阀门65连接到处理气体供应源66。此外，如图3所示，多个处 理气体供应孔67形成在处理空间S的侧部的在纵向条42和横向条43 中，从而将流经处理气体通道61的处理气体均匀地供应到处理空间S 屮。热管71设置在每个纵向条42和每个横向条43内。热管71为中 空圆筒形，且在其内部装有作为加热介质的水。无需多说，根据用于 控制喷淋板41的温度的目标温度范围，也可使用内部装有在多种类型 热管中使用的另一种液体的热管。热管71的传热速率比作为喷淋板41 的组成材料的铝高的多。热管71设置在纵向条42和横向条43内，使得热管71从喷淋板 41的屮央区域延伸(跨)到喷淋板41的外周区域。下面将详细描述其 结构。如图2和图4所示，对于通过喷淋板41中央的纵向条42c，长度 大约对应于喷淋板41半径的热管71、 71从每个外端插入其中以便彼 此面对。类似地，对于通过喷淋板41中央的横向条43c，长度大约对 应于喷淋板41半径的热管71、 71从每个外端插入其中以便彼此面对。此外，在由这些纵向条42c和横向条43c分成的四个区域的喷淋 板41的四个区域之外，对于所谓的第一象限(图2和图4中喷淋板41的右上四分之一圆部分)和所谓的第三象限(图2和图4中喷淋板41 的左下四分之一圆部分)，热管71从其外端插入到每个纵向条42的内 部，且对于所谓的第二象限(图2和图4中喷淋板41的左上四分之一 圆部分)和所谓的第四象限(图2和图4中喷淋板41的右下四分之一 圆部分)，热管71从其外端插入到每个横向条43的内部。热管71的 外端分别达到喷淋板41的外端(边缘)。以该方式，热管71几乎均匀 地设置在喷淋板41的栅格形状区域内。此外，对于在纵向条42和横向条43中的气体通道51与处理气体 的通道61彼此重叠的部分，如图3和图5所示，热管71位于这些通 道之间，使得热管71在垂直方向上与气体通道51和处理气体通道61 重叠。另外，如图1所示，喷淋板41的圆形环状部分44由处理容器2 的侧壁支撑。另外，加热介质81的圆形环状通道设置在处理容器2侧 壁内侧的喷淋板41的圆形环状部分44的上部。热交换在流经加热介 质通道81的加热介质与热管7之问进行(热管71的外围部件)。这里，如上所述，在该实施例中流经加热介质逝道81的加热介质 和流经加热介质通道27、 28的加热介质从相同的加热介质供应源82 供应。然而，当要控制的目标区域的温度不同时，可分别使用毎个独 立的加热介质供应汰S (如冷却器)。另外，如图3所示，圆形环状加热器83可设置在圆形环状部分44 的内侧下表面上。特别是，如上所述，在其中从喷淋板的中央区域到 外周区域的热阻大的传统喷淋板中，喷淋板的平面内温度的均匀性差。 因此，非常优选地，设置加热器83使得喷淋板的外周区域的温度接近 中央区域的温度。这里，注意在根据本实施例的喷^l^板41中，可不设 置加热器83，因为温度均匀性被显著提高。在本实施例中，等离子体处理装置1如上述那样组成。当通过等 离子体处理装置1对放置在基座3上的晶片W执行等离子体膜形成处 理时，用于等离子体激励的气体(例如氩气)从喷淋板41的气体供应 孔57被供应到等离子体生成空间P中。微波供应单元31在该条件下 工作。然后，在透射窗口22的下表面下产生电场，且用于等离子体激 励的气体转变成等离子体，且等离子体经喷淋板41的开口 45流入处理空间S。此外，当用于膜形成处理的处理气体从喷淋板41的下表面 上的处理气体供应孔67被供应到处理空间S时，处理气体被等离子体 分离，且通过在该情形下生成的活性物质对晶片W执行膜形成处理。在该等离子体处理过程中，喷淋板41的中央区域的温度由于等离 子体产生的热而升高。然而，在本实施例中，因为热管71以这样的方 式提供热管71从喷淋板41的中央区域延伸到外周区域(该实施例 中包括圆形环状部分44)，喷淋板41的中央区域的热被快速传递到外 周区域(圆形环状部分44)。因此，喷淋板41的温度整体上均匀。此外，在本实施例中，热管71儿乎均匀地设置在以栅格方式布置 的纵向条42和横向条43的内部。因此，整个喷淋板41的温度均匀性 被更好地改进。另外，在木实施例中，因为加热介质通道81被设置在圆形环状部 分44的上方，且热交换是在热管71的端部和加热介质通道81中的加 热介质之间进行的，该加热介质作为一种恒温源，从而，喷淋板41可 保持在预期温度。如上所述，在本实施例中，因为热管71被用作传热元件，其易于 操作，且无需外部能量源，如电源。简言之，根据通过加热介质进行的温度控制，加热介质的热通过 热管71被提供给喷淋板41，同时等离子体处理装置空转(在不生成等 离子体的状态下)，且喷淋板41的热通过热管71被提供给加热介质， 同吋执行等离子体处理。也就是说，在每种状态下，喷淋板41可保持 在恒定温度。另一方面，根据通过加热介质，而是通过例如传统加热 器的温度控制，喷淋板可在空转步骤中通过加热器而被控制在恒定温 度，然而在等离子体处理中喷淋板的温度升的更高。因此，需要冷却 喷淋板的装置，以及加热器电源和控制器，且因此，设备变得复杂且 设备的控制变难。此外，在其中设置热管71的纵向条42和横向条43中，如图5所 示，气体通道51、热管71和处理气体通道61以重叠的方式设置在垂 直方向上，且因此，每个开口45的尺寸不受影响。然后，对于根据本实施例的等离子体装置1中采用的喷淋板41和 没有传热元件的传统喷淋板，比较它们的平面内温度均匀性。温度测量的实际结果如图6所示。在图6的曲线中，水平轴表示从喷淋板的中心到外端的距离，而垂直线表示测量的温度。等离子体处理的处理条件如下处理容器2 的压力为666.5 Pa (500毫托)微波功率为3KW;用于等离子体激励 的氩气流速为1700 sccm;流经加热介质通道81的加热介质的温度为 80'C;加热器83的温度为80'C。另外，图7示出了在没有传热元件的传统喷淋板三个位置处，在 等离子体(生成)启动后的温度随时间的变化。另一方面，图8示出 了在根据本实施例的等离子体装置1中采用的喷淋板41的三个位置 处，在等离子体(生成)启动后温度随时间的变化。等离子体(生成) 在15分钟后关闭。这里，在图7和图8中，关于三个位置，"喷淋I" 指边缘(位于距离中心150毫米处)，"喷淋2"指中部(位于距离中 心100毫米处)，和"喷淋3"指中心(距离中心0毫米处)。另外，关于其中测量温度的等离子体处理的条j牛，处理容器2中 的压力是666.5 Pa (500毫托)，微波的功率是3 kW;用于等离子休激 励的氩气的流速为1700sccm。如从这些结果中知道的那样，发现在根据本实施例的等离子体装 置中采用的喷淋板41中，温度被保持在所需温度且平面内温度几乎是 均匀的。从而，发现喷淋板41的热应力比传统喷淋板的热应力小得多， 且变形及扭曲显著变小。此外，发现对于温度响应和平面内温度的均匀性，根据该实施例 的等离子体装置优于传统的等离子体装置。也就是说，在传统等离子 休装置中(图7)，在等离子体开启后(直到等离子体关闭)，温度保持 升高15分钟，但在根据本实施例的等离子体装置(图8)中，在等离 子体开启5分钟后温度稳定。在等离子体关闭后情况相同。因此，根据本实施例，与传统装置相比，处理过程中状态变化较 小且稳定性改善。简而言之，例如当多个基板连续处理时，在温度稳 定后，在刚开始处理后的第一基板和随后处理的基板之间在处理结果 方面没有差别。另外，即使当一个基板需要处理的时间长，喷淋板的 温度变化较小，且，喷淋板对气体的吸收和从喷淋板解吸的状态不变， 因此，能够实现更稳定的处理。而且，因为如上述温度响应好，所以开始实际处理的时间可比以前的短。附带地，虽然上述实施例是作为利用微波的等离子体处理装置解 释的，本发明不限于此，且本发明可应用到利用其他等离子体源的其 他等离子体处理装置。
权利要求
1.一种等离子体处理装置，包括处理容器，具有其中使处理气体成为等离子体的等离子体生成空间，和其中放置基板且所述基板进行等离子体处理的处理空间，气体供应板，其被设置在所述处理容器中以将所述处理容器中的所述等离子体生成空间和所述处理空间分开，处理气体供应孔，其被设置在所述气体供应板中，用于将所述处理气体供应至所述处理容器中，多个开口，其被设置在所述气体供应板中，用于将所述等离子体生成空间与所述处理空间连通，和传热元件，其从所述气体供应板的中央区域延伸到所述气体供应板的外周区域，所述传热元件的传热速率高于形成所述气体供应板的材料的传热速率。
2. 如权利耍求1所述的等离子体处理装置，其中 所述传热元件被设置在所述气体供应板内。
3. 如权利要求1所述的等离子体处理装置，其中 所述气体供应板的面对所述基板的区域具有纵向条和横向条的栅格，并且所述传热元件的至少一部分被设置在纵向条或横向条内。
4. 如权利要求3所述的等离子体处理装置，其中 所述气体供应板中的处理气体通道的一部分被设置在纵向条或横向条内。
5. 如权利要求1到4中任一项所述的等离子体处理装置，其中 所述气体供应板设置有另一个气体供应孔，用于将等离子体生成气体供应至所述等离子体生成空间中。
6. 如权利要求3或4所述的等离子体处理装置，其中所述气体供应板设置有另一个气体供应孔，用于将等离子体生成 气体供应至所述等离子体生成空间中，并且所述气体供应板中的等离子体生成气体通道的一部分被设置在纵 向条或横向条内。
7. 如权利要求5或6所述的等离子体处理装置，其中 处理气休通道和等离子体生成气体通道以如沿所述气体供应板的纵向所见的重叠方式布置。
8. 如权利耍求5到7中任一项所述的等离子体处理装置，其中 所述传热元件的一部分被设置在处理气体通道和等离子体生成气体通道之间。
9.如权利要求1到8中任一项所述的等离子体处理装置，进一步 包括
10.如权利要求1到9中任一项所述的等离子体处理装置，其中 所述传热元件是热管。
全文摘要
本发明是一种等离子体处理装置，包括处理容器，具有其中使处理气体成为等离子体的等离子体生成空间，和其中放置基板且基板进行等离子体处理的处理空间；气体供应板，其被设置在处理容器中以将处理容器中的等离子体生成空间和处理空间分开；处理气体供应孔，其被设置在气体供应板中，用于将处理气体供应至处理容器中；多个开口，其被设置在气体供应板中，用于将等离子体生成空间与处理空间连通；和传热元件，其从气体供应板的中央区域延伸到气体供应板的外周区域，传热元件的传热速率高于形成气体供应板的材料的传热速率。
文档编号H05H1/46GK101218860SQ20068002461
公开日2008年7月9日 申请日期2006年4月27日 优先权日2005年5月17日
发明者森田治 申请人:东京毅力科创株式会社